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理解、學習與使用Java中的Optional

從Java8 引入的一個很有趣的特性是Optional類。Optional類主要解決的問題是臭名昭著的空指針異常(NullPointerException) —— 每個 Java 程序員都非常了解的異常。

本質上，這是一個包含有可選值的包裝類，這意味著 Optional 類既可以含有對象也可以為空。

Optional 是 Java 實現函數式編程的強勁一步，並且幫助在範式中實現。但是 Optional 的意義顯然不止於此。

我們從一個簡單的用例開始。在 Java 8 之前，任何訪問對象方法或屬性的調用都可能導致 NullPointerException ：

1. String isocode = user.getAddress().getCountry().getIsocode().toUpperCase(); 

在這個小示例中，如果我們需要確保不觸發異常，就得在訪問每一個值之前對其進行明確地檢查：

1. if (user != null) { 
2.     Address address = user.getAddress(); 
3.     if (address != null) { 
4.         Country country = address.getCountry(); 
5.         if (country != null) { 
6.             String isocode = country.getIsocode(); 
7.             if (isocode != null) { 
8.                 isocode = isocode.toUpperCase(); 
9.             } 
10.         } 
11.     } 
12. } 

你看到了，這很容易就變得冗長，難以維護。

為了簡化這個過程，我們來看看用 Optional 類是怎麼做的。從創建和驗證實例，到使用其不同的方法，並與其它返回相同類型的方法相結合，下麵是見證 Optional 奇跡的時刻。

創建 Optional 實例

重申一下，這個類型的對象可能包含值，也可能為空。你可以使用同名方法創建一個空的 Optional。

1. @Test(expected = NoSuchElementException.class) 
2. public void whenCreateEmptyOptional_thenNull() { 
3.     Optional<User> emptyOpt = Optional.empty(); 
4.     emptyOpt.get(); 
5. } 

毫不奇怪，嚐試訪問 emptyOpt 變量的值會導致 NoSuchElementException 。

你可以使用 of() 和 ofNullable() 方法創建包含值的 Optional 。兩個方法的不同之處在於如果你把 null 值作為參數傳遞進去， of() 方法會拋出 NullPointerException ：

1. @Test(expected = NullPointerException.class) 
2. public void whenCreateOfEmptyOptional_thenNullPointerException() { 
3.     Optional<User> opt = Optional.of(user); 
4. } 

你看，我們並沒有完全擺脫 NullPointerException 。因此，你應該明確對象不為 null 的時候使用 of() 。

如果對象即可能是 null 也可能是非 null，你就應該使用 ofNullable() 方法：

1. Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user); 

訪問 Optional 對象的值

從 Optional 實例中取回實際值對象的方法之一是使用 get() 方法：

1. @Test 
2. public void whenCreateOfNullableOptional_thenOk() { 
3.     String name = "John"; 
4.     Optional<String> opt = Optional.ofNullable(name); 
5.  
6.     assertEquals("John", opt.get()); 
7. } 

不過，你看到了，這個方法會在值為 null 的時候拋出異常。要避免異常，你可以選擇首先驗證是否有值：

1. @Test 
2. public void whenCheckIfPresent_thenOk() { 
3.     User user = new User("john@gmail.com", "1234"); 
4.     Optional<User> opt = Optional.ofNullable(user); 
5.     assertTrue(opt.isPresent()); 
6.  
7.     assertEquals(user.getEmail(), opt.get().getEmail()); 
8. } 

檢查是否有值的另一個選擇是 ifPresent() 方法。該方法除了執行檢查，還接受一個 Consumer(消費者 ) 參數，如果對象不是空的，就對執行傳入的 Lambda 表達式：

1. opt.ifPresent( u -> assertEquals(user.getEmail(), u.getEmail())); 

這個例子中，隻有 user 用戶不為 null 的時候才會執行斷言。

接下來，我們來看看提供空值的方法。

返回默認值

Optional 類提供了 API 用以返回對象值，或者在對象為空的時候返回默認值。

這裏你可以使用的第一個方法是 orElse() ，它的工作方式非常直接，如果有值則返回該值，否則返回傳遞給它的參數值：

1. @Test 
2. public void whenEmptyValue_thenReturnDefault() { 
3.     User user = null; 
4.     User user2 = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
5.     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2); 
6.  
7.     assertEquals(user2.getEmail(), result.getEmail()); 
8. } 

這裏 user 對象是空的，所以返回了作為默認值的 user2 。

如果對象的初始值不是 null，那麼默認值會被忽略：

1. @Test 
2. public void whenValueNotNull_thenIgnoreDefault() { 
3.     User user = new User("john@gmail.com","1234"); 
4.     User user2 = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
5.     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(user2); 
6.  
7.     assertEquals("john@gmail.com", result.getEmail()); 
8. } 

第二個同類型的 API 是 orElseGet() —— 其行為略有不同。這個方法會在有值的時候返回值，如果沒有值，它會執行作為參數傳入的 Supplier(供應者) 函數式接口，並將返回其執行結果：

1. User result = Optional.ofNullable(user).orElseGet( () -> user2); 

orElse() 和 orElseGet() 的不同之處

乍一看，這兩種方法似乎起著同樣的作用。然而事實並非如此。我們創建一些示例來突出二者行為上的異同。

我們先來看看對象為空時他們的行為：

1. @Test 
2. public void givenEmptyValue_whenCompare_thenOk() { 
3.     User user = null 
4.     logger.debug("Using orElse"); 
5.     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser()); 
6.     logger.debug("Using orElseGet"); 
7.     User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser()); 
8. } 
9.  
10. private User createNewUser() { 
11.     logger.debug("Creating New User"); 
12.     return new User("extra@gmail.com", "1234"); 
13. } 

上麵的代碼中，兩種方法都調用了 createNewUser() 方法，這個方法會記錄一個消息並返回 User 對象。

代碼輸出如下：

1. Using orElse 
2. Creating New User 
3. Using orElseGet 
4. Creating New User 

由此可見，當對象為空而返回默認對象時，行為並無差異。

我們接下來看一個類似的示例，但這裏 Optional 不為空：

1. @Test 
2. public void givenPresentValue_whenCompare_thenOk() { 
3.     User user = new User("john@gmail.com", "1234"); 
4.     logger.info("Using orElse"); 
5.     User result = Optional.ofNullable(user).orElse(createNewUser()); 
6.     logger.info("Using orElseGet"); 
7.     User result2 = Optional.ofNullable(user).orElseGet(() -> createNewUser()); 
8. } 

這次的輸出：

1. Using orElse 
2. Creating New User 
3. Using orElseGet 

這個示例中，兩個 Optional 對象都包含非空值，兩個方法都會返回對應的非空值。不過， orElse() 方法仍然創建了 User 對象。 與之相反， orElseGet() 方法不創建 User 對象。

在執行較密集的調用時，比如調用 Web 服務或數據查詢， 這個差異會對性能產生重大影響 。

返回異常

除了 orElse() 和 orElseGet() 方法，Optional 還定義了 orElseThrow() API —— 它會在對象為空的時候拋出異常，而不是返回備選的值：

1. @Test(expected = IllegalArgumentException.class) 
2. public void whenThrowException_thenOk() { 
3.     User result = Optional.ofNullable(user) 
4.       .orElseThrow( () -> new IllegalArgumentException()); 
5. } 

這裏，如果 user 值為 null，會拋出 IllegalArgumentException 。

這個方法讓我們有更豐富的語義，可以決定拋出什麼樣的異常，而不總是拋出 NullPointerException 。

現在我們已經很好地理解了如何使用 Optional，我們來看看其它可以對 Optional 值進行轉換和過濾的方法。

轉換值

有很多種方法可以轉換 Optional 的值。我們從 map() 和 flatMap() 方法開始。

先來看一個使用 map() API 的例子：

1. @Test 
2. public void whenMap_thenOk() { 
3.     User user = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
4.     String email = Optional.ofNullable(user) 
5.       .map(u -> u.getEmail()).orElse("default@gmail.com"); 
6.  
7.     assertEquals(email, user.getEmail()); 
8. } 

map() 對值應用(調用)作為參數的 函數 ，然後將返回的值包裝在 Optional 中。 這就使對返回值進行鏈試調用的操作成為可能 —— 這裏的下一環就是 orElse() 。

相比這下， flatMap() 也需要 函數 作為參數，並對值調用這個函數，然後直接返回結果。

下麵的操作中，我們給 User 類添加了一個方法，用來返回 Optional ：

1. public class User {     
2.     private String position; 
3.  
4.     public Optional<String> getPosition() { 
5.         return Optional.ofNullable(position); 
6.     } 
7.  
8.     //... 
9. } 

既然 getter 方法返回 String 值的 Optional ，你可以在對 User 的 Optional 對象調用 flatMap() 時，用它作為參數。其返回的值是解除包裝的 String 值：

1. @Test 
2. public void whenFlatMap_thenOk() { 
3.     User user = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
4.     user.setPosition("Developer"); 
5.     String position = Optional.ofNullable(user) 
6.       .flatMap(u -> u.getPosition()).orElse("default"); 
7.  
8.     assertEquals(position, user.getPosition().get()); 
9. } 

過濾值

除了轉換值之外， Optional 類也提供了按條件“過濾”值的方法。

filter() 接受一個 Predicate 參數 ，返回測試結果為 true 的值。如果測試結果為 false，會返回一個空的 Optional 。

來看一個根據基本的電子郵箱驗證來決定接受或拒絕 User (用戶) 的示例：

1. @Test 
2. public void whenFilter_thenOk() { 
3.     User user = new User("anna@gmail.com", "1234"); 
4.     Optional<User> result = Optional.ofNullable(user) 
5.       .filter(u -> u.getEmail() != null && u.getEmail().contains("@")); 
6.  
7.     assertTrue(result.isPresent()); 
8. } 

如果通過過濾器測試， result 對象會包含非空值。

本文作者：佚名

來源：51CTO

最後更新：2017-11-02 10:33:47

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